Unterricht

1. Schritt - Beobachtung ...

Die Schülerinnen und Schüler dürfen die Anlage [A] bis [F] in Gang setzen. In diesem Unterrichsschritt sollen sie genau beobachten, was in den Anlage [A] bis [F] passiert. Falls in der Physiksammlung nicht genügend Dynamot usw. zur Verfügung stehen, werden die Module, aus denen die Anlage [A] bis [F] bestehen, nacheinander aufgebaut.

• So z. B. können sie bei den Dynamot-Varianten spüren, dass sich die Kurbel des Dynamot nur sehr mühsam drehen lässt, und
• dass z. B. bei hinreichendem Einsatz die Halogenlampe aufleuchtet und Licht auf die Solarzelle fällt und zunächst nichts passiert. Nach einer gewissen Zeit - das ist u. a. wesentlich - setzt sich der Propeller, der auf der Motorachse sitzt, in Bewegung.
• Oder dass z. B. die Heizspirale warm wird, wenn man kräftig genug kurbelt und sich dann nach einiger Zeit der Propeller in Bewegung setzt,
• und man wundert sich, dass der Propeller des Elektromotors am Ende der Kette eine ganze Zeitlang weiter läuft, auch wenn man die Solarzelle abschattet oder mit dem Kurbeln aufhört.

Die Physiklehrkraft benennt die einzelnen Geräte, ohne deren Funktionsweise zu erläutern. Die Schülerinnen und Schüler werden aufgefordert, das Blockschaltbild dieser Anlage mit den Geräte-Bezeichnungen in das Heft zu notieren.

2. Schritt - Hausarbeit ...

Die Schülerinnen und Schüler sollen in einem festgelegten Zeitraum Recherchen über die Funktionsweise der Geräteteile in dieser Experimentieranlage durchführen. Sie wissen, dass sie in dem kommenden Gruppenpuzzle als Experten eines der Geräteteile näher beschreiben und deren Funktionsweise in dem entsprechenden Expertenteam klären müssen.

3. Schritt - Gruppenpuzzle → Expertenrunde ...

Die Schülerinnen und Schüler der Klasse arbeiten schon das ganze Jahr über in festen Teams (4 Schülerinnen und Schüler einer Bankreihe bilden ein festes Team). Diese festen Teams sind die Stammgruppen in diesem Gruppenpuzzle.

Jede Stammgruppe entscheidet sich für eine der vorliegenden sechs Anlagen (A, B, C, D, E, F), erstellt von dieser Anlage ein Energieflussbild und beschreibt die gesamte Anlage in ihrer Funktionsweise. Um diese Aufgabe zu erfüllen, entsendet die Stammgruppe ihre Experten in die Expertengruppen (Dynamot, Halogenlampe, Peltiermodul, Solarzelle, Heißluftmotor, Elektromotor, Heizspirale, Propeller, Gold-Cap), deren Wissen sie für die Beschreibung der gewählten Anlage benötigt. Wenn sich ein Team (Stammgruppe) z. B. entschließt, die Anlage C zu bearbeiten, dann ist es vernünftig, wenn sie Teammitglieder in folgende Expertengruppen entsendet: Dynamot, Halogenlampe, Solarzelle, Elektromotor, Propeller, Gold Cap.

Didaktische Bemerkungen

Da die Teams aber in der beschriebenen Klassenzusammensetzung (32 Schülerinnen und Schüler | vier in einer Bankreihe bilden eine Stammgruppe) nur 4 Mitglieder haben, müssen sie entscheiden, welche Experten sie in welche Expertengruppe schicken wollen. Und die Teams müssen aushandeln, welche Expertengruppen überhaupt entstehen.

Dieses Gruppenpuzzle wurde in dieser Weise konstruiert, um den Wissenshandel ähnlich dem realen Leben zu gestalten. Es muss nicht betont werden, dass diese relativ anspruchsvolle Form des Gruppenpuzzles erst bei einer in Teamarbeit versierten und bezüglich der Unterrichtsform Gruppenpuzzle geübten Klasse eingesetzt werden kann. Für den Einstieg in diese Unterrichtsform könnte man den hier beschriebenen Unterrichtsgang in folgender Weise abändern: (a) Man führt nur eine Anlage vor - z. B. die Anlage A und (b) die Physiklehrkraft wählt so viele Expertenthemen, dass jede Stammgruppe genau ein Mitglied entsenden kann - z. B. Dynamot, Halogenlampe, Solarzelle, Elektromotor. Die Funktionsweise des noch fehlenden Geräts (Gold-Cap) wird in einer passenden Darstellung von der Lehrkraft erläutert.

Expertengruppen

Die Anlagen bestanden aus teilweise unterschiedlichen Geräteteilen, so dass - je nach der Entscheidung der Teams - einige der folgenden Expertengruppen entstehen können:

• Expertengruppe: Dynamot
• Expertengruppe: Halogenlampe
• Expertengruppe: Gold Cap-Kondensator
• Expertengruppe: Peltiermodul
• Expertengruppe: Elektromotor
• Expertengruppe: Propeller
• Expertengruppe: Solarzelle
• Expertengruppe: Heizspirale
• Expertengruppe: Heißluftmotor
• Expertengruppe: Elektrolyseur
• Expertengruppe: Brennstoffzelle

Die Expertengruppen sollten die Funktionsweise der ihnen zugeordneten Geräteteile erklären. Sie sind aufgefordert, bezüglich des ihnen vorliegenden Geräteteils ein Energieflussbild zu zeichnen und die zweite physikalische Größe zu finden, die zusammen mit der Energie gewissermaßen mitfließt.

4. Schritt - Gruppenpuzzle → Stammgruppen

Die Stammgruppen werden von ihren Experten über die in der Expertengruppe abgelaufene Diskussion, Recherche usw. informiert. Nun erstellt die Stammgruppe das Gesamt- Energieflussbild der gewählten Anlage.

Die Stammgruppen dokumentieren die zusammengetragenen Ergebnisse. Diese Dokumentation wird als Teamarbeit bewertet. Darüber hinaus planen alle Stammgruppen eine geeignete Präsentation. Als Präsentationsform könnte man z. B. eine Plakatpräsentation wählen. Das heißt die Stammgruppen bekommen die Fläche einer Plakatwand zur Verfügung und erstellen Skizzen, Diagramme und Texte, die dazu dienen, die Funktionsweise der gewählten Anlage anschaulich zu vermitteln.

Blitzlicht ...

Die Energieflussbilder der Stammgruppen fallen bei der gleichen Anlage relativ ähnlich aus. Unterschiedlich sind die ergänzenden Kommentare. So z. B. war die folgende Energie-Partner-Liste in der Tabelle eine anschauliche Erfindung , die deutlich machen soll, mit welcher anderen Partner-Größe die Energie jeweils an welcher Stelle gekoppelt ist.

Tabelle: ... Energiepartner

Gerät	Energie-Wandlung	Energie-Partner
Mensch	nimmt Nahrung auf	Moleküle ...
	chem. Energie	Moleküle ...
	...⇓	chem. ... ⇓
Mensch	wandelt chem. Energie	Moleküle
	in mech. Energie um	Drehimpuls
	...⇓	... ⇓
Dynamot	wandelt mech. Energie	Drehimpuls
	in elektrische Energie um	elektr. Ladung
	...⇓	... ⇓
Halogenlampe	wandelt el. Energie	elektr. Ladung
	in Lichtenergie um	Entropie
	...⇓	... ⇓
Solarzelle	wandelt Lichtenergie	Entropie
	in el. Energie um	elektr. Ladung
	...⇓	... ⇓
E-Motor	wandelt elektr. Energie	elektr. Ladung
	in mech. Energie um	Drehimpuls
	...⇓	... ⇓
Propeller	wandelt mech. Energie	Drehimpuls
	in mech. Energie um	Impuls
	...⇓	... ⇓
Elektrolysierzelle	wandelt elektr. Energie	elektr. Ladung
	in chem. Energie um	H 2 und O 2
	...⇓	... ⇓
Brennstoffzelle	wandelt chem. Energie	H 2 und O 2
	in elektr. Energie um	elektr. Ladung

 

Unterrichtseinheit Energieumwandlungsketten: Herunterladen [pdf] [129 KB]

 

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